濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯-有限元分析

1、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯題 目 有限元分析法有效評(píng)估由 溫度擾動(dòng)引起的機(jī)床失真 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 二一 年 月 日- 17 -Contents lists available at SciVerse ScienceDirectj o ur nal homep age: 有限元分析法有效評(píng)估由溫度擾動(dòng)引起的機(jī)床失真美國(guó)弗萊徹,A.P.龍斯達(dá)夫,a·邁爾斯英國(guó)哈德斯菲爾德大學(xué)精密技術(shù)中心摘 要 機(jī)床易受外因影響,主要來(lái)自不同的環(huán)境條件，如日夜或季節(jié)轉(zhuǎn)換期間導(dǎo)致的大的溫度的動(dòng)的發(fā)生。熱梯度引起熱流動(dòng)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的非線性結(jié)

2、構(gòu)變形判斷是否在機(jī)床在操作或在靜態(tài)模式。在機(jī)床的長(zhǎng)期使用中，這些環(huán)境刺激結(jié)合內(nèi)部生成的熱量共同導(dǎo)致操作誤差。在大多數(shù)工程產(chǎn)業(yè)中，環(huán)境測(cè)試通常是被避免的，因?yàn)樾枰獧C(jī)器停機(jī)時(shí)間和相關(guān)的實(shí)證關(guān)系及相應(yīng)的生產(chǎn)成本。摘要提出了一種新穎的離線熱誤差建模方法使用有限元分析(FEA)顯著減少機(jī)器停機(jī)時(shí)間要求建立熱響應(yīng)。它還描述了校準(zhǔn)模型所需使用的高效的在機(jī)測(cè)量策略。這項(xiàng)技術(shù)是創(chuàng)建一個(gè)機(jī)器緊隨其后的有限元分析模型的應(yīng)用提出的方法中,初始熱狀態(tài)的計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)模型相配。一個(gè)額外的好處是,該方法確定所需的最小實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)間的機(jī)器上,然后充分了解生產(chǎn)管理的生產(chǎn)成本建立這一重要參數(shù)的準(zhǔn)確性。這項(xiàng)工作的最重要貢獻(xiàn)是提出

3、了在一個(gè)典型的案例研究;熱模型校準(zhǔn)從兩周減少到幾個(gè)小時(shí)。驗(yàn)證工作已經(jīng)進(jìn)行了超過(guò)一年的時(shí)間建立全面的季節(jié)性變化，在一年中的不同時(shí)間明顯不同的日變化的魯棒性。樣本的數(shù)據(jù)提出了基于有限元分析的方法和相關(guān)技術(shù),表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致的殘余誤差小于12微米。關(guān)鍵詞 有限元分析 精度 機(jī)床精度 環(huán)境溫度的波動(dòng) 環(huán)境溫度 熱誤差1 介紹 數(shù)控機(jī)所在的車間環(huán)境對(duì)制造精度至關(guān)重要。溫度控制的環(huán)境要求較高的資本投資和運(yùn)行成本，這是不可取的,有時(shí)不切實(shí)際。溫度控制的環(huán)境中,不斷變化的晝夜循環(huán)轉(zhuǎn)換和無(wú)數(shù)其他來(lái)源會(huì)導(dǎo)致環(huán)境溫度在規(guī)模和變化率上都發(fā)生顯著的變化。這些時(shí)間的波動(dòng)會(huì)引起空間在機(jī)床熱梯度; 熱流通過(guò)結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移

4、會(huì)導(dǎo)致非線性的變形。幾個(gè)研究項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行識(shí)別、預(yù)測(cè)和補(bǔ)償?shù)目傮w影響機(jī)床溫度分布，但主要強(qiáng)調(diào)解決內(nèi)部產(chǎn)生熱量的影響,尤其在加工過(guò)程中從主軸傳來(lái)的。例如，郝 用一種基于遺傳算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GA-BPN）方法，用16溫度計(jì)放在主軸上，主軸箱，軸絲杠和對(duì)車床動(dòng)態(tài)和高度非線性的熱誤差補(bǔ)償。只使用一個(gè)環(huán)境溫度傳感器，可能不足以捕獲機(jī)器周圍的詳細(xì)環(huán)境行為 。作者報(bào)道了熱誤差補(bǔ)償提高63%。如果進(jìn)一步減少詳細(xì)的外部環(huán)境溫度波動(dòng)被認(rèn)為是可能的。同樣,楊等人的研究。4測(cè)試INDEX-G200車削中心和使用MRA技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)它的熱的準(zhǔn)確性。分析結(jié)果表明,熱誤差范圍半徑方向機(jī)大約是18微米，高于預(yù)期。14熱傳感器被

5、安裝在組和只有一個(gè)環(huán)境傳感器使用。而建模，6溫度組別變量被構(gòu)造和該模型被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境溫度升高的線性函數(shù)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)四小時(shí)的測(cè)試，主軸與道具之間的預(yù)測(cè)誤差熱大約是5微米到18微米。建模時(shí)間沒(méi)有提到。 曾和陳在5 中提到的熱誤差預(yù)測(cè)模型來(lái)自神經(jīng)模糊理論。集成電路型溫度傳感器和一英國(guó) 雷尼肖的一個(gè)4探測(cè)系統(tǒng)被分別用來(lái) 測(cè)量 度變化和熱變形。傳感器被安裝到主軸電機(jī)，主軸套筒側(cè)與一個(gè)傳感器測(cè)量環(huán)境的變化。預(yù)測(cè)模型提高了機(jī)械加工的精度，從80微米到3微米。預(yù)測(cè)模型，進(jìn)一步與MRA相比，揭示了精度的從±10微米到±3微米的提高。然而，模型的訓(xùn)練時(shí)間和停機(jī)時(shí)間是研究的主要問(wèn)題和責(zé)任?；貧w的技

6、術(shù)稱為正交回歸技術(shù)是受雇于杜等人。這個(gè)技術(shù)被應(yīng)用到相同類型和規(guī)格的100多個(gè)車削中心。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)能夠降低切削直徑熱誤差從35微米到12微米。該技術(shù)被表述為穩(wěn)定的，因?yàn)樗Ｄ曛貜?fù)提高了精度。如果長(zhǎng)期被認(rèn)為是車間環(huán)境溫度的波動(dòng)，精度預(yù)計(jì)將增加。 許多研究人員注意各種來(lái)源對(duì)機(jī)床環(huán)境的熱漂移出現(xiàn)，而他們強(qiáng)調(diào)的詳細(xì)環(huán)境測(cè)試所需的停機(jī)時(shí)間，以及分析建模方法和建模的時(shí)間。在金剛石車削機(jī)床，進(jìn)行切削試驗(yàn)24小時(shí)，雷克夫和博德特注意到環(huán)境溫度變化的誤差的重要性和影響（環(huán)境溫度變化誤差）。弗萊徹等人8，通過(guò)65小時(shí)的測(cè)試，提供了有關(guān)環(huán)保的循環(huán)波動(dòng)和漂移與誤差減少了50的信息，但提醒注意由量熱測(cè)試中有害的停機(jī)

7、時(shí)間。龍斯達(dá)夫等人2顯示由環(huán)境波動(dòng)加上長(zhǎng)期加工產(chǎn)生的熱誤差測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)試。作者還強(qiáng)調(diào)了一些意想不到的，對(duì)機(jī)床精度的影響環(huán)境的快速波動(dòng)。他們還強(qiáng)調(diào)了與測(cè)量相關(guān)的停機(jī)時(shí)間問(wèn)題。吉德瑞等人，論述了提高機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)減少焦點(diǎn)熱誤差的復(fù)雜性。機(jī)器的高度精確的熱模型需要考慮各種參數(shù)的熱行為。例如，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為2.5天的環(huán)境變化的影響，由于保護(hù)和軸承套高速主軸的熱效應(yīng)出現(xiàn)。石英直邊被安裝在機(jī)器中間支撐梁為藍(lán)本的環(huán)境效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固定在左側(cè)直邊產(chǎn)生的誤差是在其他三個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試誤差中最低。以有限元分析等建模時(shí)間不明確、操作條件不明確的相關(guān)信息。由把曼和納普10，同時(shí)顯示了如何增加測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量（4至60）所示的有

8、關(guān)熱漂移的影響的擔(dān)憂可能會(huì)導(dǎo)致減少不確定性和更高的精度旋轉(zhuǎn)C軸確定的位置誤差。作者報(bào)道,進(jìn)一步提高測(cè)量的點(diǎn)只會(huì)導(dǎo)致有限的改進(jìn),因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致額外的時(shí)間測(cè)量,增加了不確定性的環(huán)境或環(huán)境溫度變化引起的熱效應(yīng),直到測(cè)量完成。 這是一個(gè)激烈的從偉大的強(qiáng)調(diào)給定的控制到內(nèi)部加熱熱效應(yīng)的討論。其結(jié)果是大多數(shù)現(xiàn)有的商業(yè)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)處理軸生長(zhǎng)和主軸發(fā)熱，而忽略了其對(duì)結(jié)構(gòu)的其余部分環(huán)境影響。這是很明顯的，大量的停機(jī)時(shí)間是由于每天或每周的環(huán)境測(cè)試占據(jù)主導(dǎo)地位。龍斯達(dá)夫等人，2報(bào)道對(duì)于經(jīng)歷一個(gè)周末關(guān)機(jī)的機(jī)器一個(gè)顯著的問(wèn)題。在大多數(shù)情況下的環(huán)境測(cè)試，以建立溫度與反應(yīng)之間的關(guān)系，避免因成本與生產(chǎn)機(jī)器的停機(jī)時(shí)間有關(guān)。然而

9、，這種遺漏可能爭(zhēng)取機(jī)床的最佳的精度時(shí)是至關(guān)重要的。問(wèn)題是，因?yàn)闂l件在此期間，測(cè)試數(shù)據(jù)可以被收購(gòu)是非常有限相比，真正的變化在設(shè)備操作和自然季節(jié)的范圍加劇。 本文提出了一種新的脫機(jī)環(huán)境熱誤差建模方法，基于有限元分析，大大降低了有效的熱特性所需的停機(jī)時(shí)間。在生產(chǎn)機(jī)床在一年多時(shí)間，該建模方法已成功測(cè)試和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)非常穩(wěn)定(本文的樣本數(shù)據(jù)提出了兩個(gè)賽季期間測(cè)量)。驗(yàn)證證實(shí)了該方法的潛力，以減少機(jī)器的停機(jī)時(shí)間通常需要幾個(gè)小時(shí)到一兩周的環(huán)境測(cè)試。該文件還強(qiáng)調(diào)了在一臺(tái)機(jī)床的季節(jié)性環(huán)境溫度變化和垂直溫度梯度內(nèi)的車間環(huán)境中存在的影響。本文還介紹了在任何方便的維護(hù)期間，有效地放置溫度傳感器機(jī)測(cè)量的方法來(lái)獲得所需的數(shù)

10、據(jù)。2 提出方法 一般情況下，環(huán)境溫度的變化并不像快速那些從內(nèi)部產(chǎn)生的來(lái)源，如主軸。此外，可以有幾種不同的結(jié)構(gòu)響應(yīng)需要不同的計(jì)量設(shè)備來(lái)測(cè)量,不能同時(shí)使用。因此，環(huán)境試驗(yàn)通常需要來(lái)自兩個(gè)天至數(shù)周，以獲得足夠的數(shù)據(jù)來(lái)建立不同的溫度分布和本機(jī)的響應(yīng)之間的各種關(guān)系。為了克服機(jī)器的停機(jī)問(wèn)題，基于兩個(gè)階段的有限元分析的新的建模方法，提出了在計(jì)算機(jī)輔助繪圖（CAD）是在有限元軟件創(chuàng)建的機(jī)器模型（本文采用ABAQUS 6.7-1/standard） 11 。在本研究中。2.1 有限元建模 在實(shí)際中，機(jī)械工具很少存在熱平衡。因此，建立用于FEA模擬的初始條件 環(huán)境變化呈現(xiàn)出顯著問(wèn)題，因?yàn)樗挠邢拊治龊捅容^實(shí)驗(yàn)

11、結(jié)果。為了代表機(jī)器結(jié)構(gòu)的實(shí)際初始熱狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)際溫度梯度測(cè)量，并應(yīng)用到該模型，是個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)溫度傳感器在機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)環(huán)位置的應(yīng)用程序是費(fèi)力，而且容易定位在敏感地區(qū)的不確定性。而相比之下，熱誤差從運(yùn)行的機(jī)器所在的熱源是很容易以確定應(yīng)用程序中的傳感器，環(huán)境的變化會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)。然而，即使這樣的實(shí)現(xiàn)，造型機(jī)中的有限元分析軟件的初始熱狀態(tài)仍然具有挑戰(zhàn)性。圖。1。機(jī)器組件的與Z軸頭產(chǎn)生的CAD模型向上移動(dòng)相比，1在本質(zhì)上呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)于新的測(cè)試條件較新的模型。 分段建模的部分軟件和應(yīng)用單獨(dú)的溫度可能代表了最初的熱狀態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致不正確的溫度梯度由于段接頭，但它是一個(gè)艱巨的任務(wù)。這個(gè)問(wèn)題是通

12、過(guò)將所提出的方法，用于確定機(jī)器模型的初始熱狀態(tài)，還提供了所需的一臺(tái)機(jī)器（第2.3節(jié)）上的環(huán)境試驗(yàn)的最小時(shí)間的估計(jì)解決。2.1.1 機(jī)器型號(hào)需要機(jī)器的模型。對(duì)于案例學(xué)習(xí)機(jī)，由文獻(xiàn)1對(duì)于內(nèi)部產(chǎn)生的熱量所描述的模型來(lái)估算長(zhǎng)期的環(huán)境響應(yīng)。本機(jī)是一種精密3軸立式加工中心（VMC）與精度可達(dá)3微米，通過(guò)制造一臺(tái)NAS-979組件12進(jìn)行測(cè)試。機(jī)器的簡(jiǎn)化模型被用來(lái)進(jìn)行環(huán)境的脫機(jī)模擬 其詳情在機(jī)器的行為，示于圖1。 該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分使用四面體，六面體和六面體為主（六面體/楔形）在適用的使用ABAQUS默認(rèn)的網(wǎng)格技術(shù)，揭示了49919個(gè)單元和20418節(jié)點(diǎn)的總元素。圖2顯示了嚙合，機(jī)器裝配。所有的模擬進(jìn)行瞬態(tài)

13、熱模擬，從溫度傳感器的數(shù)據(jù)用表格幅技術(shù)在軟件。2.2 機(jī)器的初始熱狀態(tài)估計(jì) 通常，之前的任何試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，機(jī)器元件表現(xiàn)出溫度的變化，由于時(shí)間和空間的熱梯度的存在。特別是，垂直溫度梯度已被發(fā)現(xiàn)是顯著2,13.因此,它是不可能實(shí)現(xiàn)的精確設(shè)置組件的初始溫度有限元分析軟件符合現(xiàn)實(shí)。兩級(jí)仿真的新技術(shù)在有限元分析設(shè)計(jì)和應(yīng)用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。第一階段模擬實(shí)際上會(huì)估計(jì)所需的時(shí)間跨度機(jī)有限元分析模型“吸收”的全球應(yīng)用溫度溫度變化代表最大的變化可能發(fā)生在機(jī)器結(jié)構(gòu).。這個(gè)時(shí)間稱為“沉淀時(shí)間”和代表的溫升時(shí)間穩(wěn)定狀態(tài)機(jī)模型當(dāng)“吸收”應(yīng)用的溫度。穩(wěn)定時(shí)間也代表了這是第2.3節(jié)所述所需的上機(jī)測(cè)試的最小時(shí)間。這是緊隨其后的是第

14、二階段的正常環(huán)境模擬,可用于誤差模型,并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。 建立了模擬，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的車間溫度20C作為一個(gè)統(tǒng)一的參數(shù)對(duì)機(jī)器的完整的模型在ABAQUS軟件一個(gè)預(yù)定義的字段。由于本文的重點(diǎn)是企圖證明的方法，并在有限元分析過(guò)程中保持相對(duì)簡(jiǎn)單，整個(gè)模型應(yīng)用于具有的對(duì)流傳熱系數(shù)6 W米-2C-11這是實(shí)驗(yàn)計(jì)算出的各個(gè)傳熱系數(shù)的平均值1。人們承認(rèn)，表面特定系數(shù)的更詳細(xì)的應(yīng)用可以提高仿真精度（參見(jiàn)4.2節(jié)）。估計(jì)時(shí)間，模型進(jìn)行了仿真直到它達(dá)到一個(gè)溫度變化反映了全球之間的變異假設(shè)20C和應(yīng)用的溫度。仿真進(jìn)行了1C的溫度變化來(lái)估計(jì)溫度上升時(shí)間。l圖。2。機(jī)器的網(wǎng)狀模型。N.S.勉等人。 /精密工程37（2013）3

15、72 - 379圖。3。12.5穩(wěn)定時(shí)間終被外界關(guān)注這款機(jī)器的有限元模型。 在模擬結(jié)束整個(gè)機(jī)器型號(hào)的溫度是均勻的，這確保了隨機(jī)節(jié)點(diǎn)的選擇來(lái)繪制的穩(wěn)定時(shí)間。模擬的結(jié)果顯示，該機(jī)器模型從20下在12.5 其初始溫度達(dá)到1C的溫度變化為99.99，如圖所示3。這表明，沉降時(shí)間因?yàn)闄C(jī)器的初始熱狀態(tài)是未知的在模擬的開(kāi)始，本機(jī)的有限元模型需要沉淀的時(shí)間來(lái)吸收應(yīng)用記錄環(huán)境溫度數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)的溫度分布應(yīng)與實(shí)機(jī)的熱狀態(tài)同步。2.3 模型校準(zhǔn) 模型校準(zhǔn)序列與沉降時(shí)間的確定。沉淀時(shí)間顯示所需的最小環(huán)境試驗(yàn)時(shí)間這機(jī)床都是一個(gè)重要的參數(shù); 生產(chǎn)管理估算成本對(duì)生產(chǎn)和準(zhǔn)確性 ，尤其是當(dāng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行環(huán)境模擬前機(jī)器有限元模型的初始熱態(tài)

16、有限元分析的結(jié)果。因此環(huán)境測(cè)試機(jī)器上進(jìn)行必須確保穩(wěn)定時(shí)間。該測(cè)試隨后必須繼續(xù)經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)時(shí)間諸如兩天或三天來(lái)建立本機(jī)的熱行為和第二階段在模擬過(guò)程中在車間內(nèi)發(fā)生的環(huán)境波動(dòng)之間的關(guān)系。為了連續(xù)記錄在機(jī)器生產(chǎn)，記錄數(shù)據(jù)的環(huán)境傳感器必須位于左側(cè)。由于建立時(shí)間的確定，因此幾乎沒(méi)有停機(jī)的時(shí)間是在模型校準(zhǔn)和這種建模方法的應(yīng)用程序所需的脫機(jī)處理。溫度傳感器可以位于機(jī)器在任何方便的維修計(jì)劃位置。3 方法的驗(yàn)證 案例研究機(jī)器，在2.1.1中描述，建模和描述的校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度變化誤差（ETVE）14試驗(yàn)，對(duì)3軸立式加工中心歷時(shí)整整一年，不僅驗(yàn)證，但確認(rèn)擬議的方法的魯棒性進(jìn)行的，但是從兩個(gè)季節(jié)（夏季數(shù)據(jù)的樣本和冬季）

17、呈列。被選擇三天（連續(xù)）測(cè)試期間，以確保在設(shè)定時(shí)間（12.5小時(shí)）的數(shù)據(jù)記錄，以及過(guò)程上的標(biāo)稱靜態(tài)機(jī)床正常24小時(shí)期間以突出的熱性能。這意味著機(jī)器的驅(qū)動(dòng)器處于非活動(dòng)狀態(tài)，以避免來(lái)自位置編碼器反饋校正;在本質(zhì)上取得的機(jī)器結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形。在該驗(yàn)證階段沒(méi)有以任何方式修改本機(jī)的機(jī)型。3.1 溫度和位移傳感器的位置 該機(jī)器已經(jīng)配備了65表面溫度傳感器獨(dú)特的帶15，用于測(cè)量所造成的內(nèi)部熱源詳細(xì)的熱梯度。另外七面?zhèn)鞲衅鞣胖迷诹衼?lái)跟蹤這個(gè)高的環(huán)境溫度梯度分布結(jié)構(gòu)和一個(gè)表面?zhèn)鞲衅鞴潭ㄔ诘鬃?。三個(gè)環(huán)境傳感器被放置在機(jī)器內(nèi)部,在機(jī)器的列和相鄰基礎(chǔ)測(cè)量環(huán)境溫度變化。五個(gè)非接觸式位移傳感器（NCDTs）置于圍繞一個(gè)心

18、軸試驗(yàn)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)心軸的X，Y的位移和傾斜軸和Z軸方向。400毫米厚殷鋼被用于支持NCDTs。殷鋼是合金鋼,熱膨脹系數(shù)很低(1.2 m1 K1)從而降低環(huán)境溫度變化的影響。傳感器位置如圖4所示。參照相應(yīng)的傳感器，內(nèi)部環(huán)境傳感器是位移由1米左右垂直0.5米水平，而柱式傳感器約為1.2米垂直2米水平距離。圖4。溫度和位移的測(cè)量位置。圖。5。3天期間（夏季測(cè)試）得到的溫度曲線。3.2 夏季測(cè)試 從上主軸首領(lǐng)和環(huán)境傳感器，用于3天的期間內(nèi)面?zhèn)鞲衅鳙@取的溫度信息被顯示在圖5。在開(kāi)始測(cè)試、垂直溫度梯度的存在的機(jī)器1C測(cè)量基礎(chǔ)環(huán)境傳感器和列之間的環(huán)境傳感器,產(chǎn)生上述復(fù)雜的初始狀態(tài)。它也可能是感興趣的，該柱環(huán)境傳

19、感器和基底周圍的傳感器之間的垂直溫度差波動(dòng)約為2.5C范圍內(nèi)，在試驗(yàn)范圍是從各種來(lái)源產(chǎn)生的車間的環(huán)境溫度范圍內(nèi)的溫度不穩(wěn)定的進(jìn)一步證據(jù)，如作為日夜轉(zhuǎn)換。打開(kāi)和關(guān)閉車間大門時(shí)，溫度的波動(dòng)也會(huì)發(fā)生。圖6示出了室內(nèi)空氣的溫度和在Y軸和Z軸的心軸的位移測(cè)量。Y軸位移跟著溫度變化相當(dāng)密切，而Z軸位移滯后多達(dá)3.6小時(shí)有些地方的溫度。Y軸上的分析結(jié)果(使用NCDTs頂部和底部)顯示30 m / m的傾斜禮物可能會(huì)造成非均勻復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的扭曲導(dǎo)致了快速反應(yīng)溫度變化;。而反應(yīng)遲緩的z軸可能是來(lái)自純擴(kuò)張。整體位移范圍大約是Y的12米。大約4C，28米的z軸的整體溫度擺動(dòng)超過(guò)3天，x軸結(jié)果可以忽略不計(jì),因?yàn)闄C(jī)器在

20、這個(gè)方向的對(duì)稱。 該測(cè)試將驗(yàn)證環(huán)境的波動(dòng)引起的熱變形的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并證明了在一臺(tái)機(jī)床的精度劣化的假說(shuō)。還發(fā)現(xiàn)了,在車間垂直溫度梯度隨高度增大而升高的關(guān)鍵。圖。 6。Y和Z軸的位移和測(cè)量的環(huán)境溫度機(jī)器內(nèi)部（夏季測(cè)試） 7。溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（12.5小時(shí)）即圖。 7。溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（12.5小時(shí)）即代表實(shí)際的初始熱狀態(tài)（夏季測(cè)試） - （NT11 - 節(jié)點(diǎn)溫度）。3.3 驗(yàn)證穩(wěn)定時(shí)間的方法 這臺(tái)機(jī)器模型的沉降時(shí)間確定為12.5 h因此數(shù)據(jù)覆蓋這個(gè)時(shí)間跨度選擇從第一階段中使用的測(cè)量環(huán)境數(shù)據(jù)和模擬。如前所述，溫度數(shù)據(jù)作為仿真階段使用表格幅技術(shù)軟件中的一個(gè)短暫的功能。

21、從基部傳感器的溫度數(shù)據(jù)被施加到基，從里面的環(huán)境傳感器的信息被施加到載體/主軸/刀具和被施加到柱從柱環(huán)境傳感器所獲得的表和溫度信息。從第一級(jí)仿真結(jié)果必須不僅提供了正確的溫度分布也是正確的熱存儲(chǔ)器，以匹配實(shí)際機(jī)器的起動(dòng)條件。必須指出只使用環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,可以捕獲沒(méi)有機(jī)器停機(jī)時(shí)間,表面只傳感器是用來(lái)比較和相關(guān)模擬結(jié)果。圖7示出了模擬的溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的沉降后時(shí)間應(yīng)該代表了12.5范圍后的實(shí)際表面溫度梯度已失效。預(yù)測(cè)的初始熱態(tài)顯露是在哪里在傳感器表面放置和表1所示點(diǎn)測(cè)量±0.2C范圍內(nèi)。 建立時(shí)間仿真后，一個(gè)正常的環(huán)境模擬，然后在使用所記錄的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的剩余部分的第二階段運(yùn)行。所測(cè)量

22、的和模擬的更新結(jié)果繪制為主要第二階段 模擬，得到的模擬誤差表和工具（測(cè)試心軸）之間的位移的差異。相比，測(cè)得的結(jié)果，該相關(guān)系數(shù)分別為60，而Y位移剖面（圖8）和Z軸位移曲線（圖9）的63。殘余誤差不到5微米的Y軸和Z軸少于11微米。包括沉淀時(shí)間,單獨(dú)模擬溫度和位移分別花了大約30和40分鐘(70分鐘)。所使用的電腦有典型的PC規(guī)格：AMD羿龍9950四核2.60 GHz處理器，4 GB內(nèi)存，NVIDIA的GeForce9400 GT顯卡和Windows XP32位操作系統(tǒng)的大約3C范圍內(nèi)對(duì)測(cè)試范圍的闡述，即使是垂直溫差變化范圍內(nèi)類似的垂直距離在不同的季節(jié)。峰值是懷疑是短時(shí)間內(nèi)的開(kāi)放車間門送貨導(dǎo)致

23、車間環(huán)境溫度降低。N.S.勉等人。 /精密工程37（2013）372 379圖。8。實(shí)測(cè)和模擬Y軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。圖9。測(cè)量和模擬的Z軸位移之間的關(guān)系建立時(shí)間刪除。圖。11。Y和Z軸的位移和測(cè)量的環(huán)境溫度機(jī)器內(nèi)部。圖11示出內(nèi)的空氣溫度和機(jī)器的變形，在Y軸和Z軸方向測(cè)得。兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)遵循的溫度變化而Z軸位移，但隨后與大約5小時(shí)的滯后這個(gè)時(shí)候。Y軸的整體運(yùn)動(dòng)是18米和35 m Z軸的整體溫度約5C的搖擺3天. 這一增長(zhǎng)預(yù)期,因?yàn)橐惶旌鸵雇砑訜徂D(zhuǎn)換被夸大。圖。 12。溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（12.5小時(shí)）即 代表實(shí)際的初始熱狀態(tài)（冬季測(cè)試）。12.5 H（冬季測(cè)試）后，表

24、2的比較測(cè)量和模擬表面溫度。 結(jié)構(gòu) 測(cè)量溫度 模擬溫度 主軸版面 21.7 21.7圓柱面 21 20.9承載頭表面 21.6 21.9基面 21.9 21.9 表3 總結(jié)結(jié)果 Y漂移（微米） Y模型誤差（微米） Y的改進(jìn)（） Z漂移 （微米） Z模型誤差（微米） Z的改進(jìn) （） 夏天 12 4.6 60 28 10 63冬天 18 6.3 63 35 11.7 67 圖。13。實(shí)測(cè)和模擬Y軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。4.1 有限元模擬（離線評(píng)估 - 冬季測(cè)試）一個(gè)類似的過(guò)程，使用模擬模型。在第一階段中，記錄的數(shù)據(jù)為12.5 h的用于建立時(shí)間和以前一樣，隨后在第二階段中的環(huán)境模擬。圖12顯

25、示了穩(wěn)定時(shí)間它代表了真正的表面溫度梯度的12.5跨度已失效后后模擬溫度梯度結(jié)構(gòu)。預(yù)測(cè)的初始熱態(tài)顯露是在哪里在傳感器表面被放置在表2所示點(diǎn)測(cè)量±0.2C的范圍內(nèi)。4.1.1 冬季測(cè)試的相關(guān)性 模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)斷面的關(guān)聯(lián)63% Y移動(dòng)配置文件(圖13)和67%的Z運(yùn)動(dòng)概要文件(圖14)。殘余誤差小于7米Y和Z少于12米。 冬季測(cè)試不僅驗(yàn)證了建模方法的能力，但也證實(shí)了它的堅(jiān)固性。CAD模型，獲得穩(wěn)定時(shí)間和有限元仿真環(huán)境的發(fā)展是離線進(jìn)行。溫度傳感器可以安裝在任何方便的維護(hù)計(jì)劃和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)可被記錄在機(jī)器中的生產(chǎn)，因此是非侵入性的，以生產(chǎn)和成本涉及有效作為一般沒(méi)有機(jī)器的停機(jī)時(shí)間。它也強(qiáng)調(diào)，穩(wěn)定時(shí)

26、間12.5 H可代表所需要的，可以同時(shí)該機(jī)在生產(chǎn)中記錄的溫度數(shù)據(jù)采集的最短時(shí)間。圖。 14。實(shí)測(cè)和模擬Z軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。4.2 業(yè)績(jī)概要這里介紹的，一個(gè)有限元分析得到的電機(jī)熱模型的建立是在夏天使用一個(gè)12.5小時(shí)的沉降時(shí)間的方法。表3總結(jié)了結(jié)果?？梢杂^察到，相對(duì)于良好的溫度相關(guān)性（> 90），本機(jī)的預(yù)測(cè)定位與測(cè)得的運(yùn)動(dòng)匹配的60-67范圍內(nèi)。這被懷疑是由于在這種情況下，研究中所用的有限元分析模型中的平均傳熱系數(shù)的值?？梢灶A(yù)料的是，定位結(jié)果可以關(guān)聯(lián)時(shí)更好的FEA模型 施加與該變化周圍包圍的空隙產(chǎn)生的氣穴，將各不相同的溫度獨(dú)立于散裝環(huán)境溫度的表面的特定熱傳遞系數(shù)1。5 結(jié)論環(huán)

27、境熱測(cè)試通常是避免行業(yè)由于成本和不便與機(jī)器停機(jī)時(shí)間。本文提出了一種基于有限元分析了一種新的離線環(huán)境的熱誤差建模方法，隨著機(jī)器的停機(jī)時(shí)間問(wèn)題，成功地處理采用兩階段模擬方法，短在線檢測(cè)周期和非破壞性離線溫度監(jiān)控。該方法的步驟是先創(chuàng)建機(jī)器的CAD模型，確定該計(jì)算機(jī)模型的建立時(shí)間和在第一階段，接著，在第二階段的環(huán)境模擬建立初始條件。建立時(shí)間可確保最短的時(shí)間都花在了數(shù)據(jù)采集。溫度傳感器可以在機(jī)器上，在任何方便的預(yù)定機(jī)維修安裝和模擬可以一兩個(gè)小時(shí)內(nèi)完成，所以這是非常有效的。該方法被成功驗(yàn)證了3軸立式銑床在一年內(nèi)；在兩個(gè)季節(jié)從兩個(gè)環(huán)境溫度變化誤差測(cè)試數(shù)據(jù)樣本（夏季和冬季）提出的波動(dòng)的車間環(huán)境和對(duì)機(jī)床精度的影

28、響的臨界性質(zhì)也被高亮顯示。結(jié)果顯示良好的實(shí)驗(yàn)和有限元模擬結(jié)果之間的相關(guān)性一般在60%至70%之間。該建模方法已顯著減少所需的典型環(huán)境試驗(yàn)機(jī)器的停機(jī)時(shí)間從兩周到幾個(gè)小時(shí)。幾乎沒(méi)有停機(jī)的時(shí)間，與本建模方法的應(yīng)用，除了短相關(guān)驗(yàn)證（如果需要）?？梢灶A(yù)測(cè)的投機(jī)性條件的影響來(lái)獲得更多的有用信息。致謝作者非常感謝該中心的高級(jí)計(jì)量的英國(guó)工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)（EPSRC）在其創(chuàng)新的制造方案提供資金。參考文獻(xiàn)1面NS,弗萊徹,龍斯達(dá)夫美聯(lián)社,邁爾斯a有效在機(jī)床熱誤差預(yù)測(cè)使用有限元分析。測(cè)量科學(xué)與技術(shù)2011;22(8):085107。2龍斯達(dá)夫美聯(lián)社,弗萊徹年代,福特DG。熱測(cè)試的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),參照ISO 230第3部分。:福特DG,編輯器。激光計(jì)量和機(jī)器性能VI。南安普頓:智慧出版社,2003年。p . 473 - 83。 3 郝W，洪濤Z，錢監(jiān)G，秀山W，建國(guó)華熱誤差優(yōu)化建模和數(shù)控車削中心實(shí)時(shí)補(bǔ)償。雜志材料加工技術(shù)2008 ，